JP2008083129A - Cleaning method of shaft for developing roller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に使用される現像ローラを構成するシャフト表面をレーザにより洗浄する現像ローラ用シャフトの洗浄方法に関する。 The present invention relates to a developing roller shaft cleaning method for cleaning the surface of a shaft constituting a developing roller used in an electrophotographic image forming apparatus with a laser.
プリンタや複写機、ファクシミリ等、電子写真方式の画像形成装置には、着脱が自在に行える現像カートリッジに代表される現像装置を用いるもの等、現像ローラ上にトナーを介し画像形成を行うものがある。現像ローラを用いた画像形成方法は、現像装置内の現像ローラを回転駆動させ、感光ドラムに形成された静電潜像に現像ローラ上のトナーを供給することにより可視画像化を行い、これを転写シート上に転写、定着することにより画像形成を行うものである。 Some electrophotographic image forming apparatuses such as printers, copiers, facsimiles, and the like use a developing device typified by a developing cartridge that can be freely attached and detached, such as those that form an image on a developing roller via toner. . In the image forming method using the developing roller, the developing roller in the developing device is driven to rotate, and the toner on the developing roller is supplied to the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum to form a visible image. An image is formed by transferring and fixing on a transfer sheet.
現像ローラは、金属等の導電性を有するシャフト上に樹脂層形成をはじめとする種々の工程を経て作製されるもので、特に、樹脂層を形成するシャフト表面は汚れのない加工精度が要求されるものである。したがって、現像ローラの生産工程には、シャフト表面の洗浄工程があり、従来技術においては、洗浄液を満たした槽(以下、洗浄槽ともいう)内にシャフトを浸漬して洗浄を行う洗浄方法が主に採られていた。 The developing roller is manufactured through various processes including resin layer formation on a shaft having conductivity such as metal. In particular, the surface of the shaft on which the resin layer is formed is required to have a processing accuracy with no contamination. Is. Accordingly, the production process of the developing roller includes a cleaning process of the shaft surface. In the conventional technique, a cleaning method in which the shaft is immersed in a tank filled with a cleaning liquid (hereinafter also referred to as a cleaning tank) is mainly used for cleaning. It was taken to.
ところで、金属部品表面に付着した樹脂等の付着物を除去する技術の1つにレーザによる除去方法がある。レーザによる金属部品表面からの樹脂除去技術としては、たとえば、積層型感光層を有する感光体ドラム端部の感光層を炭酸ガスレーザを用いて除去する技術がある(たとえば、特許文献1参照)。また、熱伝導性に優れた金属製円筒表面に耐熱性の合成樹脂膜を被覆した金属ローラ表面に赤外線を用いたレーザ光線を照射することにより、合成樹脂膜を金属ローラ表面からきれいに除去できる様にした技術もある(たとえば、特許文献2参照)。また、残さの付着した金型にパルスレーザビームを照射して、入射位置の残さを金型から剥離できる様にした半導体製造封止金型等の金型クリーニングに関する技術がある(たとえば、特許文献3参照)。 Incidentally, there is a laser removal method as one of the techniques for removing deposits such as resin attached to the surface of a metal part. As a technique for removing a resin from the surface of a metal part using a laser, for example, there is a technique for removing a photosensitive layer at the end of a photosensitive drum having a laminated photosensitive layer using a carbon dioxide gas laser (see, for example, Patent Document 1). In addition, by irradiating the surface of a metal roller with a heat resistant synthetic resin film coated on a metal cylinder surface with excellent thermal conductivity with a laser beam using infrared rays, the synthetic resin film can be removed cleanly from the surface of the metal roller. There is also a technique (see, for example, Patent Document 2). Further, there is a technique related to mold cleaning of a semiconductor manufacturing sealing mold or the like in which a mold having adhered residues is irradiated with a pulsed laser beam so that the residue at the incident position can be peeled off from the mold (for example, patent document) 3).
さらには、金属部品表面にレーザを照射して部品表面への加工処理を行う技術もあり(たとえば、特許文献4参照)、この様に、レーザを用いて金属材料表面の付着物除去や加工処理を行う技術がある。
しかしながら、上記特許文献に開示されたものは、感光体や金属ローラ表面、あるいは、金型表面に付着した樹脂をレーザで除去するものや、レーザによる部品表面の加工に関するもので、レーザで金属部品表面を洗浄することを示唆するものではなかった。 However, what is disclosed in the above-mentioned patent documents relates to the removal of the resin adhering to the surface of the photosensitive member, the metal roller, or the mold surface with a laser, or the processing of the surface of the component with a laser. It did not suggest cleaning the surface.
また、前述の洗浄槽を用いた洗浄方法は、洗浄槽内に満たされた水系・溶剤系の洗浄媒中に金属部品を浸漬させて洗浄を行うものであるが、部品表面の洗浄性能を高める上でいくつかの支障を有するものであった。先ず、洗浄槽では部品表面より除去した汚れが浮遊し易く、除去した汚れが部品表面に再度付着するおそれがある。また、洗浄に使用された界面活性剤をはじめとする洗剤成分を部品表面から完全に除去することも困難で、現像ローラ用シャフト表面に洗剤が残存すると、樹脂層の接着性や画像形成能に影響を与えていた。 In addition, the cleaning method using the cleaning tank described above is performed by immersing metal parts in an aqueous / solvent-based cleaning medium filled in the cleaning tank, which improves the cleaning performance of the parts surface. There were some obstacles above. First, in the cleaning tank, the removed dirt is likely to float from the component surface, and the removed dirt may adhere to the component surface again. In addition, it is difficult to completely remove detergent components such as surfactants used for cleaning from the surface of the component. If the detergent remains on the surface of the developing roller shaft, the adhesion of the resin layer and the image forming ability will be reduced. Had an influence.
この様に、洗浄槽を用いた洗浄方法は洗浄性能を向上させる上で限界があり、洗浄槽を用いずに高い洗浄性能を発現させる新たな洗浄技術が求められていた。本発明は、現像ローラ用のシャフト等の金属部品を洗浄する際、洗浄槽を使用せずに部品表面の汚れを除去することが可能な金属部品の洗浄方法を提供することを目的とするものである。 As described above, the cleaning method using the cleaning tank has a limit in improving the cleaning performance, and a new cleaning technique for expressing high cleaning performance without using the cleaning tank has been demanded. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a metal parts cleaning method capable of removing dirt on the surface of a part without using a cleaning tank when cleaning metal parts such as a shaft for a developing roller. It is.
本発明の課題は、下記に記載の構成により解消されることが確認された。すなわち、
請求項1に記載の発明は、『電子写真方式の画像形成装置に使用される現像ローラ用シャフト表面にレーザを照射して、該シャフトの洗浄を行うことを特徴とする現像ローラ用シャフトの洗浄方法。』である。
It has been confirmed that the problems of the present invention are solved by the configuration described below. That is,
According to the first aspect of the present invention, “developing the developing roller shaft is characterized by irradiating the surface of the developing roller shaft used in the electrophotographic image forming apparatus with a laser to clean the shaft. Method. ].
請求項2に記載の発明は、『前記レーザが、発振波長が1047nm以上1342nm以下のパルスレーザであることを特徴とする請求項1に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。』である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the cleaning method for a developing roller shaft according to the first aspect, wherein the laser is a pulse laser having an oscillation wavelength of 1047 nm to 1342 nm. ].
請求項3に記載の発明は、『前記現像ローラ用シャフトは、前記パルスレーザに対する反射率が40%以上95%以下の金属材料より構成されるものであることを特徴とする請求項2に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。』である。 According to a third aspect of the present invention, “the developing roller shaft is made of a metal material having a reflectance of 40% to 95% with respect to the pulse laser. Cleaning method for developing roller shaft. ].
請求項4に記載の発明は、『前記パルスレーザが、発振波長が1064nmのYAGレーザであることを特徴とする請求項2または3に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。』である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the cleaning method for a developing roller shaft according to the second or third aspect, wherein the pulse laser is a YAG laser having an oscillation wavelength of 1064 nm. ].
本発明では、現像ローラ用シャフトに代表される金属部品表面にレーザを照射することにより、金属部品表面の汚れを除去できる様にした。すなわち、金属部品にレーザを照射して金属部品を発熱させ、その熱により金属部品表面の汚れを燃焼あるいはガス化させて部品表面から除去することにより、部品表面からの汚れの除去を可能にした。したがって、本発明によれば、洗浄槽を用いずに金属部品表面の洗浄が行え、しかも、洗浄槽を用いた場合よりも高い洗浄性能が得られる様になった。その結果、現像ローラ用のシャフトにおいては汚れのないシャフト表面上に樹脂層を形成するので、画像欠陥のないトナー画像を安定して形成することが可能な現像ローラを確実に提供できる様になった。 In the present invention, the surface of the metal part represented by the developing roller shaft is irradiated with a laser so that the dirt on the surface of the metal part can be removed. In other words, by irradiating a metal part with a laser to generate heat, the dirt on the surface of the metal part is burned or gasified by the heat to remove it from the part surface, thereby making it possible to remove the dirt from the part surface. . Therefore, according to the present invention, the surface of the metal part can be cleaned without using the cleaning tank, and higher cleaning performance can be obtained than when the cleaning tank is used. As a result, since the resin layer is formed on the shaft surface that is not soiled in the shaft for the developing roller, it is possible to reliably provide a developing roller that can stably form a toner image without image defects. It was.
また、本発明によれば、洗浄槽を使用せずに表面に汚れのない金属部品が得られるので、従来よりもコンパクトで簡便な構造を有するとともに、エネルギーや資源の消費量を低減させた地球環境にやさしい洗浄技術の提供を可能にした。 In addition, according to the present invention, a metal part having no dirt on the surface can be obtained without using a cleaning tank, so that the earth has a more compact and simple structure than the conventional one and energy and resource consumption is reduced. We made it possible to provide environmentally friendly cleaning technology.
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に使用される現像ローラ用のシャフトに代表される金属部品表面をレーザを用いて洗浄するものである。すなわち、本発明は金属部品表面にレーザを照射して金属部品を発熱させ、その熱で部品表面に付着した汚れを燃焼あるいは蒸発させることにより、部品表面から汚れを除去するものである。 The present invention cleans the surface of a metal part typified by a shaft for a developing roller used in an electrophotographic image forming apparatus using a laser. That is, the present invention removes dirt from the surface of a component by irradiating a laser on the surface of the metal component to cause the metal component to generate heat, and the heat adhered to the surface of the component burns or evaporates.
前述した様に、金属部品を浸漬させて洗浄を行う洗浄槽による洗浄方法は、洗浄槽中を浮遊する汚れや残留洗剤の金属部品表面への付着を十分に解消することができなかった。すなわち、洗浄槽による洗浄方法では、汚れが再付着し易く、また、洗剤として使用される界面活性剤が部品表面で配向する等の理由で、これらを完全に除去することは困難だったのである。したがって、洗浄槽で洗浄処理したシャフトで作製された現像ローラは、これらの影響により、画像欠陥のない安定した画像形成を行うことが困難なものであった。 As described above, the cleaning method using a cleaning tank in which metal parts are immersed for cleaning cannot sufficiently eliminate dirt floating in the cleaning tank and adhesion of residual detergent to the surface of the metal parts. In other words, in the cleaning method using the cleaning tank, it is difficult to completely remove the dirt, because the surfactant is easily reattached and the surfactant used as a detergent is oriented on the surface of the component. . Therefore, it is difficult for the developing roller made of the shaft cleaned in the cleaning tank to perform stable image formation without image defects due to these effects.
たとえば、極性の強い洗剤がシャフト表面に残存すると、洗剤付着部分は電気的安定性が損なわれ部分的なリーク現象が発生する。その結果、洗剤付着部分に対応するローラ表面は電荷がたまりにくくトナーの帯電が十分に行えず、白抜けと呼ばれる画像欠陥を発生させる。また、極性の弱い洗剤が残存する場合や汚れが付着した場合では、シャフト表面と樹脂層との間にこれらの付着物が存在するので樹脂層の接着性を損なわれる。その結果、樹脂層がシャフト表面から剥離し、剥離した樹脂層では過剰に電荷が溜まり、トナーが像担持体に十分に供給されず、濃度低下等の画像欠陥を発生させた。 For example, if a highly polar detergent remains on the shaft surface, the electrical stability of the detergent adhering portion is impaired and a partial leak phenomenon occurs. As a result, the roller surface corresponding to the detergent adhering portion is hard to accumulate electric charge, and the toner cannot be sufficiently charged, and an image defect called white spot is generated. In addition, when a weakly polar detergent remains or when dirt adheres, adhesion of the resin layer is impaired because these deposits exist between the shaft surface and the resin layer. As a result, the resin layer was peeled off from the shaft surface, the charge was excessively accumulated in the peeled resin layer, the toner was not sufficiently supplied to the image carrier, and image defects such as density reduction were generated.
本発明は、上記事情を鑑みて、レーザを金属部品表面に照射し、部品表面の付着物を燃焼あるいはガス化することにより、金属部品表面の洗浄を行える様にした。その結果、本発明では、洗浄槽を用いずに金属部品表面の洗浄が行えるので、洗浄槽を用いる方法で起こった汚れの再付着や洗剤付着に起因する問題が起きず、汚れのないシャフト上に樹脂層を塗布することができる様になった。 In view of the above circumstances, the present invention enables cleaning of the surface of a metal part by irradiating the surface of the metal part with a laser and burning or gasifying the deposit on the surface of the part. As a result, in the present invention, the surface of the metal part can be cleaned without using the cleaning tank, so that the problem caused by the redeposition of dirt and the adhesion of the detergent caused by the method using the cleaning tank does not occur, and the shaft is clean. It became possible to apply a resin layer to the film.
レーザを用いた除去技術は、上記特許文献3等にも開示されているが、これらは金属部品表面に樹脂層を形成後、樹脂層の不要個所をレーザで部分的に除去するもので、樹脂層形成前の金属部品表面の洗浄にレーザを用いることは記載も示唆もない。一方、本発明は、金属部品表面にレーザを照射して金属部品を発熱させ、その熱で金属部品表面の汚れを燃焼あるいはガス化させて、部品表面の汚れを除去するものであり、前述の技術とは除去の仕組みが異なるものである。この様に、本発明は、レーザにより金属部品を発熱させ、その熱で表面に付着した汚れを燃焼、ガス化させて除去するという思想に基づくものである。以下、本発明について詳細に説明する。
Although the removal technique using a laser is also disclosed in the above-mentioned
本発明では、金属部品表面にレーザを照射することにより、部品表面を洗浄するものである。ここで、レーザとは、誘導放出により光を電気信号の様に増幅することにより得られる、方向、位相、波長の揃った光源のことである。また、レーザという用語は、「LASER;Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation」の英語の頭文字をとったものである。なお、上記英文を日本語に訳すと「放射の誘導放出による光の増幅」という意味である。 In the present invention, the surface of the component is cleaned by irradiating the surface of the metal component with a laser. Here, the laser is a light source having a uniform direction, phase, and wavelength, which is obtained by amplifying light like an electrical signal by stimulated emission. The term laser is an acronym for “LASER; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. The above English sentence is translated into Japanese meaning “amplification of light by stimulated emission of radiation”.
レーザは、波長、周波数が1つの光源からなるいわゆる単色光より構成され、また、光源より発する光がほとんど拡がらずに進行する指向性を有する。また、光の位相が揃っていることにより良好な干渉性が得られることや、レンズ等により集光すると高エネルギー有し、かつ、高い輝度性の光が得られるといった特徴を有する。 The laser is composed of so-called monochromatic light composed of a single light source having a wavelength and frequency, and has directivity in which light emitted from the light source travels with little spread. Further, it has characteristics such that good coherence can be obtained by aligning the phases of light, and that light having high energy and high luminance can be obtained when light is collected by a lens or the like.
レーザを発振形式で分類すると、連続的にレーザを発振する連続波レーザと単一のパルスまたは一連のパルス列の形で断続的にレーザを発振するパルスレーザに大別され、本発明ではパルスレーザが好ましく使用される。 Lasers are classified into oscillation types, which can be broadly divided into continuous wave lasers that oscillate continuously and pulse lasers that oscillate intermittently in the form of a single pulse or a series of pulse trains. Preferably used.
また、レーザをレーザ媒質に基づいて分類すると、固体レーザ、半導体レーザ、液体レーザ、気体レーザに分類され、発振波長により分類すると、赤外線レーザと紫外線レーザに分類される。固体レーザは、非晶質や結晶等の母材に活性原子や活性分子を均一に蒸着塗布してレーザ媒質としたものである。また、気体レーザは、気体の活性原子や活性分子、または、これを含む混合気体をレーザ媒質としたものである。 Further, when lasers are classified based on laser media, they are classified into solid lasers, semiconductor lasers, liquid lasers, and gas lasers, and when classified according to oscillation wavelengths, they are classified into infrared lasers and ultraviolet lasers. A solid-state laser is a laser medium in which active atoms and active molecules are uniformly deposited on a base material such as an amorphous material or a crystal. In addition, the gas laser uses a gas active atom, an active molecule, or a mixed gas containing the gas as a laser medium.
レーザ媒質で分類される本発明に使用可能なレーザとしては、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、CO2レーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ等が挙げられる。この中でも、YAGレーザは、高出力のレーザが得られることや、伝送媒体として光ファイバが使用可能な様に汎用性が広いことから、特に好ましい。 Examples of the laser that can be used in the present invention classified by the laser medium include a YAG laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, a CO 2 laser, an excimer laser, and a semiconductor laser. Among these, the YAG laser is particularly preferable because a high-power laser can be obtained and versatility is wide so that an optical fiber can be used as a transmission medium.
最初に、本発明に使用可能なレーザの代表例であるYAGレーザについて説明する。YAGレーザは、レーザ媒質がガラス(非晶質)や結晶等の固体であるいわゆる固体レーザに分類され、形成されるレーザは赤外線レーザに分類される。 First, a YAG laser that is a typical example of a laser that can be used in the present invention will be described. YAG lasers are classified as so-called solid lasers whose laser medium is a solid such as glass (amorphous) or crystals, and the lasers formed are classified as infrared lasers.
YAGレーザは、レーザ媒質にネオジウム(Nd)をドープしたYAG結晶(イットリウム(Yittrium)・アルミニウム(Aluminium)・ガーネット(Garnet);Y3Al5O12結晶)を用いる。そして、YAG結晶にフラッシュランプやレーザダイオード等の強力な光を照射することにより、励起状態となり、発振波長が1064nmのレーザを形成する。 The YAG laser uses a YAG crystal (yttrium, aluminum, garnet; Y 3 Al 5 O 12 crystal) doped with neodymium (Nd) in the laser medium. By irradiating the YAG crystal with strong light such as a flash lamp or a laser diode, the YAG crystal is excited to form a laser having an oscillation wavelength of 1064 nm.
YAGレーザは、連続発振、パルス発振のいずれの発振形式からも得られ、特に、パルス発振では高いピーク出力を有するレーザが得られ、また、レーザの伝送に光ファイバが使用可能なことから、穿孔、切断、溶接等の各種加工作業に利用することが可能である。このYAGレーザの波長により、金属自体を効果的に加熱することができるので、容易に汚れの除去が行えるものと推測される。 YAG lasers can be obtained from both oscillation modes of continuous oscillation and pulse oscillation. In particular, lasers with high peak output can be obtained in pulse oscillation, and an optical fiber can be used for laser transmission. It can be used for various processing operations such as cutting and welding. Since the metal itself can be effectively heated by the wavelength of the YAG laser, it is presumed that dirt can be easily removed.
また、YAGレーザと同様、結晶表面にネオジウムをドープしてなる構造を有するレーザ媒質を用いるものとして、YVO4レーザがある。YVO4レーザは、イットリウム・オルソバナデート(Yittrium Orthovanadate)結晶にネオジウム(Nd)をドープしたレーザ媒質を用いて形成されるものである。YAGレーザと同様、結晶にフラッシュランプやレーザダイオード等の光を照射すると、励起状態となって、発振波長が1064nmの赤外レーザを形成する。YVO4レーザは、YAGレーザよりも高出力のレーザが得られる反面、YAGレーザよりも結晶の励起寿命が短い。 Similarly to the YAG laser, there is a YVO 4 laser that uses a laser medium having a structure in which a crystal surface is doped with neodymium. The YVO 4 laser is formed by using a laser medium in which neodymium (Nd) is doped into a yttrium orthovanadate crystal. As with the YAG laser, when the crystal is irradiated with light such as a flash lamp or a laser diode, an infrared laser having an oscillation wavelength of 1064 nm is formed in an excited state. The YVO 4 laser can obtain a higher output laser than the YAG laser, but has a shorter crystal excitation life than the YAG laser.
CO2レーザは、レーザ媒質に二酸化炭素を用いる気体レーザで、発振波長が10.6μmの赤外線レーザを形成するものである。CO2レーザは、常時光を発している連続発振(CW)と瞬間的に光を発するパルス発振(P)のいずれの発振形式より得られ、発振効率も高いといった特徴を有し、種々のレーザ技術に使用されている。 The CO 2 laser is a gas laser that uses carbon dioxide as a laser medium, and forms an infrared laser having an oscillation wavelength of 10.6 μm. The CO 2 laser has characteristics such as continuous oscillation (CW) that always emits light and pulse oscillation (P) that emits light instantaneously and has high oscillation efficiency. Used in technology.
エキシマレーザは、レーザ媒質に希ガスエキシマ、希ガスハライド、水銀ハライド等のヘテロエキシマを用いて形成されるレーザで、発振波長が150〜350nmの気体レーザで、発振波長の視点から見ると紫外線レーザに分類されるものである。エキシマレーザは、希ガスとハロゲンの混合気体中の放電、または電子ビーム照射によって生じる励起状態のエキシマが基底状態に戻るときの誘導放出により、短波長可視域、紫外または真空紫外域で光をパルス発振する。例えば、レーザ媒質がKrFの場合、発振波長が248nmのレーザが、XeClの場合、発振波長が308nmのレーザが、さらに、ArFの場合、発振波長が193nmのレーザが、数nsのパルス幅で数MW以上の先頭出力で高い繰り返し周波数で得られる。この様に、エキシマレーザは高エネルギーを有する紫外線光を取り出せることを特徴とする。なお、エキシマとは、励起状態の原子または分子と基底状態の原子または分子とが結合してなる2量体のことで、種類の異なる2個の原子または分子からなるものは特にヘテロエキシマと呼ばれる。 An excimer laser is a laser that is formed by using a hetero excimer such as a rare gas excimer, rare gas halide, or mercury halide as a laser medium. It is a gas laser having an oscillation wavelength of 150 to 350 nm. It is classified into. Excimer lasers pulse light in the short-wavelength visible, ultraviolet, or vacuum ultraviolet region by discharge in a mixed gas of rare gas and halogen or stimulated emission when an excimer in an excited state caused by electron beam irradiation returns to the ground state. Oscillates. For example, when the laser medium is KrF, the laser with an oscillation wavelength of 248 nm, when XeCl is used, the laser with an oscillation wavelength of 308 nm, and in the case of ArF, the laser with an oscillation wavelength of 193 nm has a pulse width of several ns. It is obtained at a high repetition frequency with a head output of MW or higher. As described above, the excimer laser is characterized in that it can extract ultraviolet light having high energy. An excimer is a dimer formed by combining an atom or molecule in an excited state and an atom or molecule in a ground state, and a compound composed of two different types of atoms or molecules is called a heteroexcimer. .
半導体レーザは、レーザダイオードと呼ばれる半導体を用いたダイオード構造のレーザ媒質により形成されるもので、電流印加によりレーザ発振を行って、発振波長が600〜1600nmの可視領域から近赤外領域の光が得られるものである。半導体レーザは、レーザ媒質にガリウム・ヒ素(Ga・As)結晶、ガリウム・アルミニウム・ヒ素(Ga・Al・As)結晶、インジウム・ガリウム・ヒ素・リン(In・Ga・As・P)結晶が用いられ、連続発振、パルス発振のいずれの発振形式より得られる。また、半導体レーザは、光ファイバ通信、CDプレーヤ、レーザプリンタ、レーザスキャナ等に幅広く使用されており、現在最も生産量の多いレーザ発振素子である。 A semiconductor laser is formed of a laser medium having a diode structure using a semiconductor called a laser diode. Laser oscillation is performed by applying a current, and light in the visible region to the near infrared region having an oscillation wavelength of 600 to 1600 nm is generated. It is obtained. Semiconductor lasers use gallium / arsenic (Ga / As) crystals, gallium / aluminum / arsenic (Ga / Al / As) crystals, and indium / gallium / arsenic / phosphorus (In / Ga / As / P) crystals as laser media. It can be obtained from any oscillation type, continuous oscillation or pulse oscillation. In addition, semiconductor lasers are widely used in optical fiber communications, CD players, laser printers, laser scanners, and the like, and are currently the laser oscillator elements with the highest production volume.
次に、パルスレーザを用いたシャフトの洗浄について、具体的な実施形態を用いて説明する。なお、本発明は以下に示す現像ローラ用シャフトの洗浄形態に限定されるものではない。 Next, cleaning of the shaft using a pulse laser will be described using a specific embodiment. In addition, this invention is not limited to the washing | cleaning form of the shaft for developing rollers shown below.
図1は、本発明の第1の実施形態による現像ローラ用シャフトのクリーニング方法に使用可能なシャフトクリーニング装置の概略図である。レーザ光源1、たとえばパルス発振するNd:YAGレーザ発振器から、Nd:YAGレーザの基本波(波長1064nm)が出射される。レーザビームは、光ファイバ2を伝って、筐体9に伝送される。この様に、YAGレーザではレーザの伝送に光ファイバを使用することが可能である。筐体9には、ビーム整形光学系3、貫通孔4aを有するマスク4、集光レンズ5、レンズ移動機構6、ミラー7及びミラー回転機構8が組み込まれ、側面にウィンドウ10が設けられている。
FIG. 1 is a schematic view of a shaft cleaning device that can be used in the developing roller shaft cleaning method according to the first embodiment of the present invention. A fundamental wave (wavelength: 1064 nm) of the Nd: YAG laser is emitted from the laser light source 1, for example, a pulsed Nd: YAG laser oscillator. The laser beam is transmitted to the
光ファイバ2により筐体9に伝送されたレーザビームは、ビーム整形光学系3に入射する。ビーム整形光学系3は、レンズを含む複数の光学部品で構成され、レーザビームを適切なビームサイズに修正し、平行光として出射する。
The laser beam transmitted to the
ビーム整形光学系3を出射したレーザビームは、たとえば四角形または六角形の貫通孔4aを有するマスク4で、その断面形状を四角形または六角形に整形される。
The laser beam emitted from the beam shaping
マスク4を出射したレーザビームは、集光レンズ5に入射する。集光レンズ5は、マスク4の貫通孔4aをビーム照射面上に結像させる。集光レンズ5は、レンズ移動機構6に保持されている。レンズ移動機構6は、集光レンズ5をレーザビームの光軸方向に移動させることができる。集光レンズ5を出射したレーザビームは、ミラー7で反射され、たとえば平板な石英ガラスで形成されたウィンドウ10を通過して、シャフト13表面に入射する。
The laser beam emitted from the
ミラー回転機構8は、ミラー7を回転させ、シャフト13表面に入射するレーザビームの入射位置を変えることができる。ミラー回転機構8は、筐体9のウィンドウ10から出射するレーザビームの出射方向を、ウィンドウ10と垂直にすることができる。また、レーザビームの出射方向を、筐体9の長さ方向(図1における左右方向)及び幅方向(図1における紙面の表裏方向)のそれぞれに沿って、ウィンドウ10に垂直な方向から両側に、少なくとも各40°以上変えることができる。また、筐体駆動系11は、筐体9を、所望の速度で、シャフト13に沿って移動させ、レーザビームの入射位置を変えることができる。制御装置12は、レンズ移動機構6による集光レンズ5の移動、ミラー回転機構8によるミラー7の回転、及び筐体駆動系11による筐体9の移動を制御する。シャフト13の表面には、たとえば、油脂等の有機化合物系の汚れ14が、たとえば皮膜状に付着している。レーザビームは、シャフト13表面に入射する。
The mirror rotating mechanism 8 can rotate the mirror 7 and change the incident position of the laser beam incident on the surface of the
貫通孔4aにより四角形または六角形状に整形されたレーザビームは、汚れ14上で、たとえば5mm2程度の面積を有する。残渣14に、レーザビーム、たとえばNd:YAGレーザの基本波が入射すると、汚れ14は、Nd:YAGレーザの基本波の多くを透過し、シャフト13は、これを40〜90%反射する。リフティング現象により、レーザビームが入射した位置の汚れ14は、シャフト13表面から剥離、分離し、汚れ14に除去部分14aが形成される。除去部分14aは、レーザビームの結像面積とほぼ同じ面積の汚れ14が、シャフト13表面から除去された結果、形成されたものである。
The laser beam shaped into a quadrangular or hexagonal shape by the through-
シャフト13上をビーム入射位置が移動するように、パルスレーザビームを走査すると、シャフト13上の異なる位置に、次々と除去部分14aが形成される。ビームの入射位置の調整は、筐体駆動系11による筐体9の移動、及びミラー回転機構8によるミラー7の回転で行う。
When the pulse laser beam is scanned so that the beam incident position moves on the
レーザビームの照射位置が変わると、集光レンズ5からシャフト13のビーム照射位置に至るレーザビームの光路長も変化し、貫通孔4aがビーム照射面に結像しなくなる。レンズ移動機構6は、集光レンズ5からビーム照射位置までの光路長が一定となるように、集光レンズ5をレーザビームの光軸方向に移動し、貫通孔4aがビームの入射位置に常に結像するようにする。
If the irradiation position of the laser beam changes, the optical path length of the laser beam from the
シャフト13には、その端部にたとえば6〜15°ほどのテーパ加工を施したものがある。このテーパ部分の汚れ14を除去する場合、ミラー回転機構8によりミラー7を回転させ、シャフト13の他の部分に入射するレーザビームの入射角に比べてなるべく小さな入射角になる様に、テーパ部分にレーザビームを入射させることが好ましい。これは、シャフト13に入射するレーザビームの入射角が大きくなるとビーム照射面におけるビームスポットが大きくなり、その結果、入射するビームのフルエンスが小さくなって、汚れ14の剥離及び分離が十分に行えなくなるおそれがあるためである。また、シャフト13にレーザビームを走査し、ビームの入射位置を変化させるに当たっては、レンズ5をレンズ移動機構6によって移動させながら、筐体駆動系11によって筐体9を移動させ、また、ミラー回転機構8によりミラー7を回転させる。
Some
筐体駆動系11による筐体9の移動、ミラー回転機構8によるミラー7の回転、レンズ移動機構6による集光レンズ5の移動は、すべて制御装置12で制御される。制御装置12には、あらかじめシャフト13の形状が入力されており、ビームを入射させる位置にしたがって、貫通孔4aがシャフト13上に結像するように、これらを制御する。
The movement of the
レーザビームを照射し、リフティング現象を用いて、汚れ14をシャフト13から分離、除去する際、シャフト13表面には損傷がほとんど加わらない。したがって、レーザビームの重ね撃ち(同一位置に複数ショットのパルスレーザビームを入射させること。)が可能である。1ショットで分離が困難な汚れ14も、重ね撃ちにより、分離、除去が可能である。また、レーザビームを走査しながら、重ね撃ちを行うことで、汚れ14を全て、高速で簡便に、除去することができる。
When the laser beam is irradiated and the
また、四角形または六角形の貫通孔4aを有するマスク4を用いて、シャフト13に入射するレーザビームのビームスポット(貫通孔4aの像)を四角形または六角形に形成するのは、シャフト13表面に存在する汚れを効率よく除去する上で好ましいためである。
In addition, the
また、筐体9には、1つの面と、それに向かい合う面とに、ウィンドウ10が、1つずつ設けられている。それらが、それぞれ、シャフト13に対向するように、シャフトクリーニング装置は設置される。この様に設置することにより、図1に示すシャフトクリーニング装置は、シャフト13表面を効率よく洗浄することが可能である。
The
なお、シャフト13表面におけるレーザビームのビームスポット内の強度分布が均一に近いほど良好に汚れ14を除去することができるので、ビーム照射面におけるビームの強度を均一に近づけるホモジナイザを、ビーム整形光学系3に加入することもできる。
Since the
また、レーザ光源1から筐体9までビームを伝送するのに光ファイバ2を用いるのは、筐体駆動系11によって2次元方向に変位する筐体9に、ビームを導入するのに適しているからである。光ファイバ2は、筐体9が移動しても、レーザ光源1と筐体9との光学的な結合を確保することができる。
The use of the
さらに、レーザ光源1と光ファイバ2とを別々に設けるかわりに、双方の機能をもつファイバレーザを使用することもできる。
Furthermore, instead of providing the laser light source 1 and the
なお、マスク4を通過した後のレーザビームの干渉が無視できる場合には、図1に示したシャフトクリーニング装置から、集光レンズ5及びレンズ移動機構6を除いても、良好な汚れ除去処理を行うことが可能である。
If the interference of the laser beam after passing through the
次に、図2(a)は、第2の実施形態におけるシャフトクリーニング装置の概略図である。図2(a)に示すシャフトクリーニング装置は、図1に示すシャフトクリーニング装置から、集光レンズ5、レンズ移動機構6、ミラー7及びミラー回転機構8を除き、新たに筐体揺動系15を加えたものである。筐体揺動系15は、レーザビームの出射方向を2次元方向に振るように、筐体9を揺動させることが可能である。なお、図2(a)に示すシャフトクリーニング装置では、ウィンドウ10が筐体9の一面に筐体揺動系15と向かい合う様に1つだけ設けられている。そのウィンドウ10が汚れ14を除去しようとするシャフト13に対向する様に、シャフトクリーニング装置が設置される。また、制御装置12は、筐体駆動系11による筐体9の2次元方向への変位、及び、筐体揺動系15による筐体9の揺動を制御する。なお、図2(a)に示すシャフトクリーニング装置は、集光レンズ5及びレンズ変位機構6を含んでいないため、マスク4を通過した後のレーザビームの干渉が無視できる場合に使用することが好ましい。
Next, Fig.2 (a) is the schematic of the shaft cleaning apparatus in 2nd Embodiment. The shaft cleaning device shown in FIG. 2A is different from the shaft cleaning device shown in FIG. 1 except for the
また、マスク4とウィンドウ10との間に、シャフト13上に貫通孔4aを結像させる集光レンズ5、及び、集光レンズ5をレーザビームの光軸方向に変位させるレンズ変位機構6を加えることも可能である。この場合、制御装置12は、上記制御に加えて、レーザビームの入射位置が変化しても、常に、シャフト13上に貫通孔4aが結像するようにレンズ変位機構6による集光レンズ5の変位を制御する。
Further, a condensing
次に、図2(b)は、筐体揺動系15により筐体9が揺動された、図2(a)に示す金型クリーニング装置の概略図である。筐体9が揺動することにより、ビームの出射方向を変え、シャフト13表面へのビームの入射角を変化させることができる。たとえば、シャフト13の端部にテーパ部分に設けられたものの場合、テーパ部分に向けてレーザビームを出射する際、筐体9を揺動させてビームの出射方向を変え、シャフト13上をビーム入射位置が移動するように、パルスレーザビームを走査する。テーパ部分へはシャフト13の他の部分に入射するレーザビームの入射角に比べ、入射角の変動がなるべく小さくなる様にレーザビームを入射させることが可能である。
Next, FIG. 2B is a schematic view of the mold cleaning apparatus shown in FIG. 2A in which the
図3(a)は、図2に示した金型クリーニング装置から、筐体駆動系11、筐体揺動系15及び制御装置12を除いたシャフトクリーニング装置の概略図である。このシャフトクリーニング装置は、筐体9を人間の手で任意の方向に移動させたり傾けたりし、レーザビームの出射方向を変化させ、ビームをシャフト13の所望の位置に入射させることができる。このため、筐体9をシャフト13の面内方向(2次元方向)に移動させる筐体駆動系11、筐体9を回転させる筐体揺動系15及びそれらを制御する制御装置20が除かれてある。光ファイバ2は、筐体9を変位させ、筐体9から出射するパルスレーザビームの出射方向が変化しても、レーザ光源1と筐体9との光学的な結合を確保する。また、図3(a)はシャフト13を立ててクリーニングを行っていることを示している。
FIG. 3A is a schematic diagram of the shaft cleaning device in which the housing drive system 11, the
図3(b)は、図1に示す金型クリーニング装置から筐体駆動系11を除いたものに、マジックハンド20に組み込んだシャフトクリーニング装置を示す概略図である。マジックハンド20は、シャフト13に取り付ける部品を搬送、設置し、また、シャフトを組み立てる際に不要になった部品を取り出す等の作業を行うのに使用することが可能である。制御装置12は、マジックハンド20の動きに同期させて、レンズ移動機構6による集光レンズ5の変位、ミラー回転機構8によるミラー7の回転を制御して、シャフト13表面の洗浄を効率よく行う様に制御する。
FIG. 3B is a schematic diagram showing a shaft cleaning device incorporated in the
また、図1〜図3に示したシャフトクリーニング装置では、Nd:YAGレーザ発振器を用いたが、Nd:YVO4レーザ発振器やCO2レーザ発振器、エキシマレーザ用発振器、半導体レーザ用発振器を使用することも可能である。 1 to 3, the Nd: YAG laser oscillator is used, but an Nd: YVO 4 laser oscillator, a CO 2 laser oscillator, an excimer laser oscillator, and a semiconductor laser oscillator are used. Is also possible.
本発明では、特に、YAGレーザの反射率が40%以上95%以下となる金属材料を洗浄する際に、表面に存在する油脂等の有機物の汚れの除去が確実に行える。すなわち、YAGレーザに対する反射率が40%未満の金属材料では、レーザ照射を行うと材料の表面状態に影響を与えることが懸念され、反射率が95%を超えると、レーザを照射しても汚れを十分に除去できなくなることが懸念される。上記反射率を有する金属材料では、YAGレーザの照射により、表面状態を損ねずに十分な汚れの除去が行えるので、照射後にそのまま材料表面に塗布等の処理を行うことが可能である。 In the present invention, particularly when a metal material having a YAG laser reflectance of 40% or more and 95% or less is cleaned, it is possible to reliably remove organic contaminants such as oils and fats existing on the surface. That is, with a metal material having a reflectance of less than 40% with respect to the YAG laser, there is a concern that the laser irradiation may affect the surface state of the material, and when the reflectance exceeds 95%, contamination will occur even if the laser is irradiated. There is a concern that it will not be possible to remove sufficiently. In the metal material having the reflectance described above, sufficient contamination can be removed without damaging the surface state by irradiating with the YAG laser, so that it is possible to perform a treatment such as coating on the material surface as it is after irradiation.
レーザに対する反射率は、反射分光光度計に代表される市販の反射率測定装置により測定、算出が可能である。図6はYAGレーザを照射した金属材料の反射率測定の一例を示す概略図である。図6中、レーザ光源1から供給されるパルスレーザをY型の光ファイバ2を介してシャフト13表面に照射する。図6では、パルスレーザのシャフト面への照射はシャフト面の法線方向より入射させている。そして、シャフト13表面で反射したレーザをY型の光ファイバ2を介して反射率測定装置30に送ることにより、金属材料表面における反射率を測定、算出するものである。反射率測定装置30はシャフト13上のレーザ照射個所で生じた反射光を全て集められる様に設定されている。反射率測定装置の具体例としては、たとえば、反射測定システムMCPD−5000(大塚電子(株)製)等が挙げられる。
The reflectance with respect to the laser can be measured and calculated by a commercially available reflectance measuring device represented by a reflection spectrophotometer. FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of reflectance measurement of a metal material irradiated with a YAG laser. In FIG. 6, the surface of the
なお、反射率は、特定波長(たとえば、1064nm)のパルスレーザをシャフト13に照射したとき、照射面上で吸収され洗浄に使用されたレーザの量を除いた残りのレーザの比率を表す。反射率は、照射面で吸収されたレーザの比率、すなわち、吸収率との間に以下の関係が成立するものである。すなわち、
反射率(%)=1−吸収率(%)
という関係を有する。
The reflectance represents the ratio of the remaining lasers excluding the amount of laser absorbed on the irradiated surface and used for cleaning when a pulse laser with a specific wavelength (for example, 1064 nm) is irradiated onto the
Reflectance (%) = 1-Absorptance (%)
Have the relationship.
次に、本発明に係る現像ローラ用シャフト洗浄方法を経て作製される現像ローラについて説明する。本発明に係る洗浄方法を経て作製される現像ローラは、本発明により洗浄処理した導電性を有するシャフト13の周りに樹脂層17が設けられた構造を有するものである。図4に本発明に係る洗浄方法を経て作製された現像ローラの代表的な断面構成を示す。なお、本発明に係る洗浄方法を経て作製される現像ローラは図4に示す断面構成のみに限定されるものではない。
Next, the developing roller manufactured through the developing roller shaft cleaning method according to the present invention will be described. The developing roller manufactured through the cleaning method according to the present invention has a structure in which the
図4に示す現像ローラ18は、導電性のシャフト13と、シャフト13上にカーボンブラックを含有する導電性の樹脂層17より構成される。導電性樹脂層17(以下、単に樹脂層17ともいう)は樹脂からなり、樹脂中にカーボンブラックを分散させた構造を有する。この様に、樹脂層17中にカーボンブラックを含有させることにより、樹脂層17にある程度の導電性が付与されローラ表面に発生した残留電荷が導電性のシャフト13にリークし易くなるものと推測される。
The developing
シャフト13は、導電性の部材で構成され、具体的には、SUS304等のステンレス鋼、鉄、アルミニウム、ニッケル、アルミニウム合金、ニッケル合金等の金属材料が好ましい。また、前述した金属の粉体物やカーボンブラック等の導電性材料を樹脂中に充填させた導電性樹脂も使用可能である。上記導電性部材は、いずれも発振波長1064nmのYAGレーザに対する反射率を40〜90%に制御することが可能なものである。
The
現像ローラ18を構成する樹脂層17は、その表面にトナー層を形成して摩擦帯電によりトナーを帯電するものである。また、樹脂層17はシャフト13との間に強固な接着力を発現させることが求められる。
The
この性能を発現させる樹脂の例として、たとえば、ポリオールとイソシアネートとを反応させて得られるポリウレタン系樹脂が挙げられる。また、前記ポリウレタン系樹脂の作製時に、ポリオールとイソシアネートに加えて鎖伸長剤を必要に応じて添加することも可能である。 An example of a resin that exhibits this performance is, for example, a polyurethane resin obtained by reacting a polyol and an isocyanate. In addition to the polyol and isocyanate, a chain extender may be added as necessary when the polyurethane resin is produced.
前記ポリオールの具体例としては、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ−ε−カプロラクトンジオール、ポリカーボネートポリオール、ポリプロピレングリコール等のポリウレタン用ポリオール化合物が挙げられる。これらの中でも、高温高湿環境下での画像形成時にトナーの帯電量低下の発生を防止するポリウレタン樹脂を形成するポリカーボネートポリオールが好ましい。具体的には、ポリヘキサメチレンカーボネートジオール等の脂肪族または脂環式のポリカーボネートポリオールがより好ましい。 Specific examples of the polyol include polyurethane polyol compounds such as polytetramethylene ether glycol, poly-ε-caprolactone diol, polycarbonate polyol, and polypropylene glycol. Among these, a polycarbonate polyol that forms a polyurethane resin that prevents a decrease in charge amount of the toner during image formation in a high temperature and high humidity environment is preferable. Specifically, aliphatic or alicyclic polycarbonate polyols such as polyhexamethylene carbonate diol are more preferable.
また、前記イソシアネートの具体例としては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、シクロヘキサンジイソシアネート、水添MDI、イソホロンジイソシアネート、1,3−キシリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート等が挙げられる。 Specific examples of the isocyanate include 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), cyclohexane diisocyanate, hydrogenated MDI, isophorone diisocyanate, 1,3-xylylene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6 -Tolylene diisocyanate etc. are mentioned.
また、上記イソシアネートやポリオール、さらにはポリアミンとを用い、分子末端にイソシアネート基を有する様に反応させて得られるウレタンプレポリマーを用いることも可能である。 Moreover, it is also possible to use the urethane prepolymer obtained by making it react so that it may have an isocyanate group in the molecular terminal using the said isocyanate, polyol, and also polyamine.
前記鎖伸長剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン(IPDA)、ヒドラジン等が挙げられる。 Examples of the chain extender include ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, ethylenediamine, trimethylenediamine, tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, isophoronediamine (IPDA), hydrazine, and the like. Can be mentioned.
上記現像ローラ18は、以下の様な手順で作製することが可能である。すなわち、本発明に係るシャフトの洗浄方法により洗浄処理されたシャフト13の周りに、たとえば、カーボンブラック等を含有する樹脂からなる塗布液を塗布し、塗布後、加熱処理を行って、樹脂層を形成する。また、前述したカーボンブラックを含有した導電性樹脂層以外に別の塗布液を塗布し、乾燥及び加熱処理を行うことにより、図4(b)に示す多層構造を有する現像ローラを作製することも可能である。現像ローラの作製手順についてさらに説明する。
The developing
先ず、本発明に係るシャフトの洗浄方法により洗浄処理されたシャフト13の周りに形成する樹脂層17を形成する材料を有機溶剤に混合、溶解させて樹脂層形成用塗布溶液を作製する。たとえば、カーボンブラックを含有する塗布溶液を調製する。また、前述した様に、必要に応じて、樹脂層形成用溶液中に無機・有機の微粒子を含有させることも可能で、この場合、微粒子が塗布溶液中で分散状態を形成する様に調製する。この様にして、樹脂層形成用塗布溶液を用意する。
First, a resin layer forming coating solution is prepared by mixing and dissolving a material for forming the
次に、シャフト13上に前述の樹脂層形成用塗布溶液を塗布する。塗布方法は、樹脂層形成用塗布溶液の粘度等に応じて種々の方法を選択することが可能である。具体的な塗布方法としては、具体的にはディッピング法、スプレー法、ロールコート法または刷毛塗り法等の方法が挙げられ、本発明ではこれらの塗布方法を限定するものではない。
Next, the aforementioned resin layer forming coating solution is applied onto the
そして、シャフト13上に樹脂層形成用塗布液を塗布後は乾燥及び加熱処理(温度;120〜200℃、処理時間;20〜90分)を行って樹脂層形成用塗布溶液中の溶剤を除去することにより樹脂層17を形成する。
And after apply | coating the coating liquid for resin layer formation on the
また、前述したカーボンブラックを含有する樹脂層の形成前後に、例えば、シリコーン共重合体樹脂を含有する塗布溶液等の別の塗布溶液を塗布する等により、図4(b)に示す様な多層構造の現像ローラ18を作製することも可能である。
Further, before and after the formation of the above-described resin layer containing carbon black, for example, by applying another coating solution such as a coating solution containing a silicone copolymer resin, a multilayer as shown in FIG. It is also possible to produce the developing
次に、前述の現像ローラ18を搭載することが可能な現像装置について説明する。
Next, a developing device capable of mounting the above-described developing
図5は図4に示した現像ローラ18を搭載することが可能な現像装置20の断面図である。図5に示す現像装置20は、非磁性1成分系トナー(非磁性1成分現像剤)を用いて現像を行うことが可能である。現像装置20は、図示しないモータにより図中反時計回り方向に回転駆動され、画像形成装置に組み込んだ状態で図示しない像担持体に接触または近接する本発明に係る現像ローラ18と、現像ローラ18の左側に設けられたバッファ室22と、バッファ室22に隣接するホッパ23とを有する。
FIG. 5 is a sectional view of the developing
現像ローラ18は、本発明により洗浄処理が行われた導電性のシャフト13と、シャフト13の外周にポリウレタン樹脂等の物質を用いて形成された樹脂層17を有する。
The developing
バッファ室22にはトナー規制部材であるブレード24が現像ローラ18に圧接させた状態で配置されている。ブレード24は、現像ローラ18上のトナーの帯電量及び付着量を規制するものである。また、現像ローラ18の回転方向に対してブレード24の下流側に、現像ローラ18上のトナー帯電量・付着量の規制を補助するための補助ブレード25をさらに設けることも可能である。
In the
現像ローラ18には供給ローラ26が押圧されている。供給ローラ26は、図示しないモータにより現像ローラ18と同一方向(図中反時計回り方向)に回転駆動する。供給ローラ26は、導電性の円柱基体と基体の外周にウレタンフォームなどで形成された発泡層を有する。
A
ホッパ23には一成分現像剤であるトナーTが収容されている。また、ホッパ23にはトナーTを攪拌する回転体27が設けられている。回転体27には、フィルム状の搬送羽根が取付けられており、回転体27の矢印方向への回転によりトナーTを搬送する。搬送羽根により搬送されたトナーTは、ホッパ23とバッファ室22を隔てる隔壁に設けられた通路28を介してバッファ室22に供給される。なお、搬送羽根の形状は、回転体27の回転に伴い羽根の回転方向前方でトナーTを搬送しながら撓むとともに、通路28の左側端部に到達すると真っ直ぐの状態に戻るようになっている。このように羽根はその形状を湾曲状態を経て真っ直ぐに戻るようにすることでトナーTを通路28に供給している。
The
また、通路28には通路28を閉鎖する弁281が設けられている。この弁はフィルム状の部材で、一端が隔壁の通路28右側面上側に固定され、トナーTがホッパ23から通路28に供給されると、トナーTからの押圧力により右側に押されて通路28を開けるようになっている。その結果、バッファ室22内にトナーTが供給される。
The
また、弁281の他端には規制部材282が取り付けられている。規制部材282と供給ローラ26は、弁281が通路28を閉鎖した状態でも僅かな隙間を形成する様に配置される。規制部材282は、バッファ室22の底部に溜まるトナー量が過度にならないように調整するもので、現像ローラ18から供給ローラ26に回収されたトナーTがバッファ室22の底部に多量に落下しないように調整される。
In addition, a regulating
現像装置20では、画像形成時に現像ローラ18が矢印方向に回転駆動するとともに供給ローラ26の回転によりバッファ室22のトナーが現像ローラ18上に供給される。現像ローラ18上に供給されたトナーTは、ブレード24、補助ブレード25により帯電、薄層化された後、像担持体との対向領域に搬送され、像担持体上の静電潜像の現像に供される。現像に使用されなかったトナーは、現像ローラ18の回転に伴ってバッファ室22に戻り、供給ローラ26により現像ローラ18から掻き取られ回収される。
In the developing
また、現像装置20に設けられる現像バイアス電源装置29は、図示していないが、現像バイアス電圧を出力する直流電圧電源と交番電界を形成する交流電源装置より構成される。
The developing bias
画像形成時、図示しない静電潜像担持体は、図示しない帯電装置により一様に帯電され、その後、所定部分がレーザ等の光学ヘッドにより露光されると、静電潜像担持体上の電位が減衰され静電潜像が形成される。 At the time of image formation, the electrostatic latent image carrier (not shown) is uniformly charged by a charging device (not shown), and then a predetermined portion is exposed by an optical head such as a laser. Is attenuated to form an electrostatic latent image.
現像領域では、現像バイアス電源装置29から印加される現像バイアス電圧と交番電圧により形成される電界の作用により、現像ローラ18上で薄層を形成していたトナーが現像ローラ18周面から飛翔してパウダクラウド化する。そして、静電潜像が形成されている静電潜像担持体上にトナー供給が行われ、静電潜像を現像してトナー像を形成する。
In the developing region, the toner that has formed a thin layer on the developing
現像ローラ18上に形成されるトナー層の厚さは、例えば静電潜像担持体の周速を100mm/sec、現像ローラ18の周速を200mm/sec、トナー規制部材24が現像ローラ18を押圧する押圧力を10〜100N/mとすると、1.5層程度(トナー粒子1.5個分程度)の厚みを形成することができる。
The thickness of the toner layer formed on the developing
なお、図4に示す現像ローラ18が搭載可能な現像装置は、図5に示すものに限定されるものではない。
The developing device on which the developing
以下、実施例を挙げて本発明の実施態様を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実験その1)
以下に示す条件に設定したレーザ洗浄装置を用い、各種シャフトの洗浄性能と表面状態について以下の手順により評価を行った。先ず、表1に示す反射率と材質(銅、アルミニウム、ステンレス(SUS303)、及び、ニッケル)のシャフト(直径16mm、長さ300mm)を用意し、レーザ洗浄装置Clean Lasersysteme CL120Q(クリーンレーザ社製)を用いて洗浄処理を行った。
Examples of the present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
(Experiment 1)
Using a laser cleaning apparatus set to the following conditions, the cleaning performance and surface condition of various shafts were evaluated by the following procedure. First, the reflectivity and material (copper, aluminum, stainless steel (SUS303), and nickel) shafts (
なお、洗浄処理前の各シャフトは、油とほこり、及び、作業者の指紋で、いずれも表面の光沢が認められないほど汚れていたものであり、各種シャフトの反射率は、公知の方法による表面処理で得たものである。 In addition, each shaft before the cleaning treatment is oil and dust, and the fingerprint of the worker, both of which are so dirty that the gloss of the surface is not recognized, the reflectance of each shaft is according to a known method It was obtained by surface treatment.
シャフト表面に照射するレーザは、発振波長が1064nmのYAGレーザを、以下の特性を有する様に変換させて断続照射を行うパルスレーザとし、パルス強度を下記に示す4点のパルス強度における反射率と洗浄性能を測定、評価した。 The laser that irradiates the surface of the shaft is a pulse laser that performs intermittent irradiation by converting a YAG laser having an oscillation wavelength of 1064 nm to have the following characteristics, and the pulse intensity is as follows: Cleaning performance was measured and evaluated.
スポット径 :400μm
照射スポット面積:0.00126cm2
オーバーラップ率:50%
パルス強度(W/cm2):
8.3×106、1.3×107、6.4×107、1.7×108
ここでいうオーバーラップ率とは、断続的に照射されるレーザの照射スポットの重なりを百分率で表したものである。また、パルス強度とは、レーザ1回の照射によりシャフト上に付与される単位面積あたりの仕事量のことをいうものである。
Spot diameter: 400 μm
Irradiation spot area: 0.00126 cm 2
Overlap rate: 50%
Pulse intensity (W / cm 2 ):
8.3 × 10 6 , 1.3 × 10 7 , 6.4 × 10 7 , 1.7 × 10 8
The overlap rate referred to here is the percentage of the overlap of the laser irradiation spots irradiated intermittently. Further, the pulse intensity refers to the work amount per unit area applied on the shaft by one irradiation of the laser.
洗浄処理は、シャフト面の法線方向よりレーザを照射し、シャフト軸方向にレーザをスキャニングして、シャフト全面の洗浄を60秒間で完了させる様に、シャフトを回転させながら行った。 The cleaning process was performed while rotating the shaft so that the laser was irradiated from the normal direction of the shaft surface, the laser was scanned in the axial direction of the shaft, and the cleaning of the entire surface of the shaft was completed in 60 seconds.
また、各シャフトの反射率は、前述の反射測定システムMCPD−5000(大塚電子(株)製)を用い、シャフト表面より生ずる全ての反射光をカウントする様に設定し、測定、算出したものである。各パルス強度のレーザ照射後のシャフト表面の反射率を測定することにより、レーザ照射に伴うシャフトの表面状態変動を評価した。 The reflectivity of each shaft is measured and calculated by setting the above-described reflection measurement system MCPD-5000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) to count all reflected light generated from the shaft surface. is there. By measuring the reflectivity of the shaft surface after laser irradiation with each pulse intensity, the surface condition variation of the shaft accompanying laser irradiation was evaluated.
また、後述する表1中に示す各種シャフトの当初反射率は、発振波長が1064nmで、パルス強度が2.5×106W/cm2のYAGレーザを、各種シャフトに照射した時に得られるものである。 The initial reflectivity of various shafts shown in Table 1 to be described later is obtained when the various shafts are irradiated with a YAG laser having an oscillation wavelength of 1064 nm and a pulse intensity of 2.5 × 10 6 W / cm 2. It is.
洗浄性能の評価は、目視によりシャフトの表面状態を評価するとともに、洗浄処理を行ったシャフトを用いて現像ローラを作製し、これを画像形成装置に搭載してベタ画像の評価を行ったものである。 The evaluation of the cleaning performance is a visual evaluation of the surface state of the shaft, and a developing roller is prepared using the shaft that has been cleaned, and this is mounted on an image forming apparatus to evaluate a solid image. is there.
現像ローラは以下の手順で作製した。先ず、ウレタン樹脂「ニッポラン5120(日本ポリウレタン社製)」100質量部、ファーネスブラック 30質量部、アクリル樹脂粒子(平均1次粒径15μm)20質量部を、メチルエチルケトン(MEK)400質量部に混合分散させて樹脂層用塗布液を作製する。次に、この樹脂層用塗布液を乾燥時の厚さが10μmとなる様に各シャフト上に塗布し、130℃の加熱処理を行ってシャフトの材質の異なる現像ローラを作製した。
The developing roller was produced by the following procedure. First, 100 parts by mass of urethane resin “Nipporan 5120 (manufactured by Nippon Polyurethane)”, 30 parts by mass of furnace black and 20 parts by mass of acrylic resin particles (average
作製した現像ローラを、市販のカラーレーザプリンタ「Magicolor 2430DL(コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株)製)」に搭載し、常温常湿環境(20℃、55%RH)下でA4サイズの黒色ベタ画像を出力して評価を行った。 The produced developing roller is mounted on a commercially available color laser printer “Magicor 2430DL (manufactured by Konica Minolta Business Technologies, Inc.)”, and a black solid image of A4 size is obtained under a normal temperature and humidity environment (20 ° C., 55% RH). The output was evaluated.
洗浄性能の評価内容は、以下に示す様に、シャフト上における汚れの発生と黒色ベタ画像上における画像欠陥(白抜けと濃度低下)の発生を評価したものである。
〈洗浄性能〉
◎:シャフト上に汚れは全く見られず、画像欠陥(白抜け、及び、濃度低下)のない良好なベタ画像が得られた
○:シャフト上に若干の汚れが見られたが、画像欠陥(白抜け、及び、濃度低下)のない良好なベタ画像が得られた
△:シャフト上に汚れが見られ、また、ベタ画像上にかすかな白抜けが見られたが、実用上問題なしと判断した
×:シャフト上の汚れとベタ画像上での画像欠陥(白抜け、及び、濃度低下)が顕著にあらわれ、実用上問題ありと判断した
結果を表1に示す。
The evaluation contents of the cleaning performance are evaluations of the occurrence of dirt on the shaft and the occurrence of image defects (white spots and density reduction) on the black solid image, as shown below.
<Cleaning performance>
◎: No stain was observed on the shaft, and a good solid image without image defects (white spots and density reduction) was obtained. ○: Although some stain was observed on the shaft, image defects ( A good solid image without white spots and density reduction) was obtained. Δ: Dirt was seen on the shaft, and faint white spots were seen on the solid image, but it was judged that there was no practical problem. X: Dirt on the shaft and image defects (white spots and density reduction) on the solid image appear remarkably, and Table 1 shows the results judged to be practically problematic.
表1に示す様に、上記レーザ洗浄装置におけるパルス強度が高くなるにしたがって、洗浄性能が向上していく結果が得られ、反射率が低い材質のシャフトほど、パルス強度が低い条件下でも良好な洗浄性能が得られることが確認された。特に、パルス強度を1.3×107W/cm2以上に設定した時、いずれの材質のシャフトに対して良好な洗浄性能が発現されることを確認した。この様に、現像ローラ用シャフト表面にパルスレーザを照射することで良好な洗浄性能が得られ、従来技術の様な洗浄槽を用いずに良好な洗浄性能が得られることが、実施例の結果からも確認された。 As shown in Table 1, as the pulse intensity in the laser cleaning apparatus increases, the cleaning performance is improved. A shaft made of a material having a low reflectance is better even under a condition where the pulse intensity is low. It was confirmed that cleaning performance was obtained. In particular, when the pulse intensity was set to 1.3 × 10 7 W / cm 2 or more, it was confirmed that good cleaning performance was exhibited for any shaft. As a result of the examples, good cleaning performance can be obtained by irradiating the surface of the developing roller shaft with a pulse laser, and good cleaning performance can be obtained without using a cleaning tank as in the prior art. Also confirmed.
また、ベタ黒画像出力後に連続で3000枚のプリント作成を行い、プリント作成後の現像ローラを目視で観察したが、現像ローラはいずれも評価前の状態が維持されていることが確認された。なお、3000枚のプリント作成では、画素率が6%となる画像(細線画像、フルカラー人物顔写真、ベタ白画像、ベタ黒画像がそれぞれ1/4等分となっている画像)をA4判の用紙上に出力してプリント作成を行った。 In addition, 3000 sheets were continuously printed after the solid black image was output, and the developing roller after the printing was visually observed. It was confirmed that all the developing rollers were maintained in the state before evaluation. In 3000 prints, an image with a pixel rate of 6% (a thin line image, a full-color human face photo, a solid white image, and a solid black image each ¼ equal) is A4 size. Printed out on paper.
(実験その2)
実験その1と同様の処理を行った試料を用い、照射レーザを下記波長を有するパルスレーザに変更し、レーザのパルス強度を6.4×107(W/cm2)のみとした他は実験その1と同様の条件でレーザ照射を行って、表面状態と洗浄性能の評価を行った。また、比較例として、市販の洗濯用石鹸を1リットルの水に10g溶解した洗浄液を満たした洗浄槽を用いて処理を行い、表面状態と洗浄性能を評価した。
(1)発振波長が1342nmのNd:YVO4(ネオジウム ドープト イットリウム オルソバナデート)レーザ
(2)発振波長が1047nmのNd:YLFレーザ
なお、後述する表2中に示す各種シャフトの反射率は、前述した様に、発振波長1064nmのYAGレーザ、及び、上記(1)、(2)に示すレーザのパルス強度を6.4×107W/cm2に設定して、各種シャフトに照射した時に得られるものである。
(Experiment 2)
An experiment was conducted except that the sample treated in the same way as in Experiment 1 was used, the irradiation laser was changed to a pulse laser having the following wavelength, and the pulse intensity of the laser was only 6.4 × 10 7 (W / cm 2 ). Laser irradiation was performed under the same conditions as in Part 1, and the surface condition and cleaning performance were evaluated. Moreover, as a comparative example, it processed using the washing tank filled with the washing | cleaning liquid which melt | dissolved 10g of commercially available soap for washing | cleaning in 1 liter of water, and evaluated the surface state and washing | cleaning performance.
(1) Nd: YVO 4 (neodymium doped yttrium orthovanadate) laser with an oscillation wavelength of 1342 nm (2) Nd: YLF laser with an oscillation wavelength of 1047 nm The reflectivity of various shafts shown in Table 2 described later is as described above. As described above, the YAG laser having an oscillation wavelength of 1064 nm and the laser intensity shown in the above (1) and (2) are set to 6.4 × 10 7 W / cm 2 and obtained when irradiating various shafts. It is what
また、後述する表2中に示す各種シャフトの当初反射率は、前述した様に、発振波長が1064nmで、パルス強度が2.5×106W/cm2のYAGレーザを、各種シャフトに照射した時に得られるものである。 Further, as described above, the initial reflectivity of various shafts shown in Table 2 to be described later is irradiating various shafts with a YAG laser having an oscillation wavelength of 1064 nm and a pulse intensity of 2.5 × 10 6 W / cm 2. It is obtained when you do.
結果を表2に示す。 The results are shown in Table 2.
表2に示す様に、上記(1)及び(2)のレーザにおいても、各シャフトでは良好な反射率と洗浄性能が得られることが確認された。一方、比較例である石けん水を満たした洗浄槽で処理を行ったものは、パルスレーザで処理を行ったもので得られた洗浄性能を得ることができなかった。 As shown in Table 2, it was confirmed that, even in the lasers (1) and (2), good reflectivity and cleaning performance can be obtained with each shaft. On the other hand, what was processed with the washing tank filled with the soap water which is a comparative example was not able to obtain the washing | cleaning performance obtained by what was processed with the pulse laser.
また、ベタ黒画像出力後に連続で3000枚のプリント作成を行い、プリント作成後の現像ローラを目視で観察した。その結果、(1)及び(2)のレーザ処理を経て作製された現像ローラは、実験その1と同様、何も変化は見られなかったが、洗浄槽での処理を経て作製された現像ローラは樹脂層端部が僅かに剥離しかかっているものがあることが観察された。なお、3000枚のプリント作成では、画素率が6%となる画像(細線画像、フルカラー人物顔写真、ベタ白画像、ベタ黒画像がそれぞれ1/4等分になっている画像)をA4の用紙上に出力して、プリント作成を行った。 In addition, 3000 sheets were continuously printed after the solid black image was output, and the developing roller after the printing was visually observed. As a result, the developing roller manufactured through the laser processing of (1) and (2) did not show any change as in Experiment 1, but the developing roller manufactured through the processing in the cleaning tank. It was observed that some of the resin layer ends were slightly peeled off. Note that in the creation of 3000 prints, an image with a pixel rate of 6% (a thin line image, a full-color human face photo, a solid white image, and a solid black image are each divided into quarters) is A4 paper. Output above to create a print.
1 レーザ光源
2 光ファイバ
3 ビーム整形光学系
4 マスク
4a 貫通孔
5 集光レンズ
6 レンズ移動機構
7 ミラー
8 ミラー回転機構
9 筐体
10 ウィンドウ
11 筐体駆動系
12 制御装置
13 シャフト
14 汚れ
14a (汚れ)除去部分
15 筐体駆動系
16 マジックハンド
17 樹脂層
18 現像ローラ
20 現像装置
30 反射率測定装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser
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